今日【Nature】氟化学领域重大突破：萤石中直接制备含氟化合物

一、【科学背景】

萤石（氟石，CaF₂）是氟化物生产的主要原料。传统上，氟化物的制备通常依赖于将萤石与浓硫酸（H₂SO₄）在高温下反应，生成危险的氟化氢（HF）。这种方法不仅需要高温（超过300°C），而且产生的HF气体具有腐蚀性和毒性，给操作和环境带来了潜在的风险。近年来，随着对可持续化学方法的关注增加，研究者们开始探索更安全的替代方案。最近的研究提出了一种新的激活策略，通过在温和条件下使用酸级萤石与其他试剂结合，能够有效地释放氟化物而无需生成HF。这种方法不仅降低了对传统高温反应的依赖，还减少了对化石燃料的需求，从而推动了氟化物生产的可持续发展。

二、【创新成果】

今日，牛津大学Véronique Gouverneur教授课题组从萤石出发，介绍了一种新的低温激活方法，通过在水相中使用酸级萤石与氟亲和的路易斯酸（如硼酸或二氧化硅）结合，能够在温和条件下直接从萤石中获得氟化物。这种方法不仅避免了HF的生成，还提供了更安全的氟化物生产途径。这种新方法能够生产多种广泛应用的氟化物，包括四氟硼酸、碱金属氟化物、四烷基铵氟化物等氟化物，这种新方法的安全性、可扩展性和可持续性，展示了氟化物生产的未来潜力。

图1 从萤石获取氟化物的策略 © 2024 Springer Nature Limited

图2 草酸在萤石协同活化中的应用识别 © 2024 Springer Nature Limited

图3 来自萤石的氟化试剂及其机理解析 © 2024 Springer Nature Limited

图4 从萤石制备的氟芳烃的应用范围 © 2024 Springer Nature Limited

三、【科学启迪】

该研究展示了通过协同活化的方法，可以有效地利用低品位的冶金萤石来合成氟化试剂。这种方法不仅提高了反应的效率，还降低了对高纯度原料的依赖。此外，强调了在水相中进行反应的优势，减少了对有毒和腐蚀性试剂（如HF和H₂SO₄）的需求，从而为氟化化学提供了更安全和可持续的替代方案。该研究通过机理研究提供了对反应过程的深入理解，揭示了反应中氟化物的生成机制，为未来的研究提供了理论基础。

原文信息：Klose, I., Patel, C., Mondal, A. et al. Fluorspar to fluorochemicals upon low-temperature activation in water. Nature 635, 359–364 (2024).

https://doi.org/10.1038/s41586-024-08125-1

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